城市环境中的交通系统容易受到各种因素的影响，包括天气、交通拥堵和特殊事件。特别是瓶颈会导致重大问题，并导致整个系统的级联故障。

来自中国复旦大学和上海电力大学的科学家开发了一种建模技术来研究城市交通流量，并用上海的真实数据对其进行验证。他们在《混沌》杂志上描述了他们的方法，并表明他们的模型可用于发现以前未知的瓶颈，这些瓶颈可能导致整个道路网络故障。

这项研究位于物理学和信息科学的交叉点，是涉及智慧城市研究的创新模式。该模型使用一种改进形式的渗流理论，广泛用于了解液体通过多孔介质(如土壤和凝胶)的流动。当液体流过孔隙网络时，它偶尔会被阻塞，就像车辆通过道路的流动可以被阻塞一样。

在构建模型时，研究人员考虑了上海现有的道路网络和人口分布。他们生成了各个人口中心之间的行程，将这些行程分配给提供最短旅行距离的道路。

文章“城市交通系统中的递归交通渗透”由陈卓然、杨超、钱江海、韩丁丁和马玉刚撰写。它将于 21 年 2023 月 <> 日出现在 Chaos 中。

“城市地区是一个开放的系统，除了区域内流动外，外部区域之间也有流动交换。为了模拟通勤的效果，我们增加了边境地区的人口，“作者Yu-Gang Ma说。

每条道路上的交通负荷被转换为速度。当给定道路上的交通流达到不可接受的低速度时，该道路将被视为功能失调并从模型中移除。

通过以递归的方式重复这一过程，研究人员发现城市交通系统的大规模级联故障以突然和不连续的方式发生，就像冰融化或水沸腾时突然发生相变一样。

作者兼项目负责人Dingding Han说：“我们使用了上海杨浦区的公开地图，并确定了四条作为主要通勤通道的道路。通过应用我们的递归交通渗透模型，我们能够识别出一条特定的通道，即中环路，这是一个潜在的瓶颈，可能导致整个城市交通系统的级联故障。

当中环路被封堵时，车流流入小巷，最终无法处理车流。这会导致额外的堵塞和整个系统的故障。发生这种情况时，道路网络会分解成断开连接的碎片。

“值得注意的是，中环路瓶颈是我们模型中第五轮道路拆除过程中发现的，”作者钱江海说。“通过级联故障的动态过程，发现了隐藏的瓶颈。”